Die Arbeitsgruppe Intelligent IoT Systems (IIoTS) befasst sich mit den grundlegenden Herausforderungen bei der Entwicklung vertrauenswürdiger, adaptiver und interoperabler cyber-physischer Systeme (CPS) für zunehmend digitalisierte Umgebungen. Da moderne industrielle und gesellschaftliche Systeme große Mengen heterogener Daten über verteilte Infrastrukturen hinweg erzeugen, sind neue Ansätze erforderlich, um diese Daten in handlungsrelevantes Wissen zu überführen und zugleich Effizienz, Skalierbarkeit und Resilienz sicherzustellen. IIoTS untersucht Architekturen, Methoden und Technologien, die es cyber-physischen Systemen ermöglichen, ihre Umgebung kontinuierlich zu erfassen, ihren Betriebszustand zu bewerten und ihr Verhalten über datengetriebene Rückkopplungsschleifen autonom anzupassen.
Eine zentrale Forschungsherausforderung besteht darin, verteilte Intelligenz über das gesamte Computing-Kontinuum hinweg – von ressourcenbeschränkten Edge-Geräten bis hin zu Cloud-Plattformen – zu realisieren und dabei Interoperabilität, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Energieeffizienz zu gewährleisten. Hierfür entwickeln wir wissenschaftliche Grundlagen und Engineering-Methoden für modulare, wiederverwendbare und semantisch interoperable IoT-Lösungen. Damit unterstützen wir die Entwicklung cyber-physischer Systemverbünde, die sich über ihre gesamte Betriebsdauer hinweg weiterentwickeln können.
Forschungsrelevanz und Anwendungsbereiche
Die zunehmende Komplexität digitaler Ökosysteme erfordert cyber-physische Systeme, die Informationen nahtlos austauschen, unterschiedliche Technologien integrieren und sich autonom an veränderte Bedingungen anpassen können. Diese Fähigkeiten sind entscheidend für die nächste Generation der industriellen Automatisierung, Smart Manufacturing, intelligenten Infrastrukturen, Energiesysteme, des Gesundheitswesens und weiterer datenintensiver Bereiche. IIoTS unterstützt diese Transformation durch die Entwicklung von Methoden, die Robustheit, Anpassungsfähigkeit und Interoperabilität verteilter IoT-Systeme über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg verbessern.
Neben einer zuverlässigen Datenerfassung und -verarbeitung befasst sich unsere Forschung mit der semantischen Integration heterogener Datenquellen, vertrauenswürdigen verteilten Entscheidungsprozessen sowie der effizienten Verteilung von Rechenoperationen über Edge-Cloud-Infrastrukturen. Diese Fähigkeiten bilden die Grundlage für fortschrittliche Anwendungen wie digitale Zwillinge, verteilte Überwachungs- und Steuerungssysteme, prädiktive Systemoptimierung sowie den domänenübergreifenden Datenaustausch.
Zentrale Forschungsziele
Intelligente cyber-physische Systeme
- Untersuchung datengetriebener Ansätze für die autonome Überwachung, Steuerung und Optimierung cyber-physischer Systeme.
- Entwicklung von Architekturen für verteilte Intelligenz über Edge-, Fog- und Cloud-Infrastrukturen hinweg.
- Entwicklung adaptiver und resilienter cyber-physischer Systeme, die auf dynamische Betriebsbedingungen reagieren können.
Modulare und adaptive IoT-Architekturen
- Entwicklung modularer Systemarchitekturen zur Verbesserung von Skalierbarkeit, Wartbarkeit und Wiederverwendbarkeit.
- Untersuchung von Methoden für die dynamische Bereitstellung und Rekonfiguration von Software- und Hardwarekomponenten.
- Entwicklung von Engineering-Methoden und -Werkzeugen für die effiziente Entwicklung verteilter IoT-Anwendungen.
Interoperabilität und semantische Datenintegration
- Weiterentwicklung der semantischen Interoperabilität zwischen heterogenen Systemen und Anwendungsdomänen.
- Entwicklung ontologiebasierter Ansätze für den maschineninterpretierbaren Datenaustausch.
- Ermöglichung von Datenwiederverwendung, Datenfusion und anwendungsunabhängigem Informationsmanagement.
Vertrauenswürdige verteilte Systeme
- Entwicklung formaler Methoden zur Modellierung, Verifikation und Analyse verteilter cyber-physischer Systeme.
- Untersuchung digitaler Zwillinge als virtuelle Repräsentationen zur Unterstützung von Systementwicklung und -betrieb.
- Verbesserung von Zuverlässigkeit, Datenkonsistenz, Cybersicherheit, Datenschutz und Energieeffizienz in verteilten Mess- und Steuerungssystemen.
Forschungsbereiche
Intelligente verteilte cyber-physische Systeme
Dieser Forschungsbereich untersucht, wie verteilte cyber-physische Systeme Veränderungen in ihrer Umgebung autonom erfassen und analysieren sowie darauf reagieren können. Im Mittelpunkt stehen Architekturen und Algorithmen, die eine intelligente Steuerung und Optimierung über das gesamte Computing-Kontinuum hinweg ermöglichen.
Modulare IoT-Software und System-Engineering
IIoTS entwickelt Methoden für die Gestaltung modularer und konfigurierbarer IoT-Systeme, die sich an veränderte Anwendungsanforderungen anpassen und weiterentwickeln können. Die Forschung konzentriert sich auf wiederverwendbare Software- und Hardwarekomponenten, flexible Bereitstellungsstrategien und Engineering-Werkzeuge, die die Entwicklung komplexer verteilter Systeme vereinfachen.
Semantische Interoperabilität und verteiltes Datenmanagement
Dieser Forschungsbereich adressiert eine der zentralen Herausforderungen der umfassenden digitalen Transformation: die nahtlose Integration heterogener Systeme. Hier entwickeln wir semantische Modelle, Ontologien und interoperable Kommunikationsmechanismen, die einen bedeutungserhaltenden Informationsaustausch, Datenfusion und domänenübergreifende Zusammenarbeit ermöglichen.
Digitale Zwillinge und vertrauenswürdige IoT-Systeme
In diesem Forschungsbereich untersuchen wir Methoden, mit denen sich sicherstellen lässt, dass verteilte cyber-physische Systeme über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg zuverlässig, sicher und energieeffizient bleiben. Die Forschung verbindet formale Modellierung, digitale Zwillinge, Systemverifikation und Laufzeitanalyse, um einen vertrauenswürdigen Betrieb unter sich verändernden Bedingungen zu unterstützen.
Projekte
Die Forschungsprojekte von IIoTS verfolgen eine kohärente Forschungsstrategie für verteilte intelligente Systeme und decken die gesamte Prozesskette von der Sensorik bis zur Entscheidungsfindung ab: intelligente Sensoren → Edge AI → interoperable IoT-Plattformen → Multi-Source-Datenfusion → vertrauenswürdige Entscheidungsunterstützung für cyber-physische Systeme.
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SmartRiver2 – Intelligente grenzüberschreitende Umweltüberwachung für die Oderregion (EU INTERREG) >> hier klicken <<
SmartRiver2 ist ein grenzüberschreitendes INTERREG-Forschungsprojekt, das auf den Ergebnissen der ursprünglichen SmartRiver-Initiative aufbaut und eine intelligente Monitoring-Plattform für die Oderregion entwickelt. Das Projekt integriert verteilte Sensornetzwerke, IoT-Technologien und Datenanalysen, um das Hochwasserrisikomanagement, die Umweltüberwachung und die Klimaanpassung in der Region Frankfurt (Oder)–Słubice zu unterstützen. Die IIoTS-Gruppe trägt mit Methoden zur verteilten Datenerfassung, interoperablen IoT-Architekturen und intelligenten Datenverarbeitung bei, die eine zuverlässige Umweltüberwachung und datengetriebene Entscheidungsunterstützung ermöglichen. Über den Hochwasserschutz hinaus dient die entwickelte Plattform als Grundlage für weiterführende Smart-City-Anwendungen und grenzüberschreitende digitale Dienste.
Weitere Informationen: https://www.ihp-microelectronics.com/research/trustworthy-systems-of-systems/projects/smart-river
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MobiRobAI – Modulare KI-basierte mobile Robotik für autonome Anwendungen (EU INTERREG) >> hier klicken <<
MobiRobAI ist ein INTERREG-Projekt zur Weiterentwicklung modularer, KI-gestützter Robotiksysteme. Dazu werden Technologien, die ursprünglich im Rahmen des SpaceRegion-Projekts für die Weltraumrobotik entwickelt wurden, auf terrestrische Anwendungen übertragen. Das Projekt entwickelt einen autonomen mobilen Manipulator, der zu intelligenter Wahrnehmung, Navigation und Manipulation fähig ist und beispielsweise in der Präzisionslandwirtschaft und bei der Instandhaltung von Infrastrukturen eingesetzt werden kann. IIoTS bringt Expertise in KI-basierter Bilderkennung, modularen Systemarchitekturen und intelligenter Softwareintegration ein und unterstützt damit die Entwicklung interoperabler und wiederverwendbarer Robotikkomponenten. Durch die Verbindung verteilter Intelligenz, Computer Vision und modularer Engineering-Ansätze schafft das Projekt eine Grundlage für anpassungsfähige autonome Robotiksysteme und stärkt das grenzüberschreitende Innovationsökosystem in den Bereichen Robotik und künstliche Intelligenz.
Weitere Informationen: https://www.mobirobai.spaceregion.eu/
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InSeKT – Entwicklung intelligenter Sensor-Edge-Technologien (DE MWFK) >> hier klicken <<
InSeKT ist ein Verbundforschungsprojekt zur Entwicklung intelligenter Sensor-Edge-Technologien für die KI-gestützte Echtzeit-Datenverarbeitung direkt am Ort der Datenerfassung. Das Projekt adressiert die Herausforderung, künstliche Intelligenz von zentralisierten Cloud-Infrastrukturen auf ressourcenbeschränkte Edge-Geräte zu verlagern. Dadurch werden kürzere Reaktionszeiten, ein geringerer Kommunikationsaufwand, ein verbesserter Datenschutz und eine höhere Resilienz ermöglicht. Gemeinsam mit der Technischen Hochschule Wildau und dem Fraunhofer IPMS tragen IHP und IIoTS Methoden für Edge AI, verteilte Datenverarbeitung und die intelligente Integration von IoT-Systemen bei. Durch die Verbindung fortschrittlicher Sensortechnologien mit energieeffizienten KI-Algorithmen und interoperablen Edge-Architekturen schafft das Projekt die Grundlagen für intelligente Sensorsysteme der nächsten Generation mit Anwendungen in der Industrieelektronik, Medizintechnik und Umweltüberwachung.
Weitere Informationen: https://www.ipms.fraunhofer.de/en/applications/Trusted-Electronics/InSeKT.html
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SensorNet – Intelligente Sensornetzwerke zur Überwachung der persönlichen Gesundheit und der Umwelt (EU INTERREG) >> hier klicken <<
SensorNet ist ein grenzüberschreitendes INTERREG-Forschungsprojekt, das ein intelligentes Sensornetzwerk für die Echtzeitüberwachung der persönlichen Gesundheit und der Umgebungsbedingungen in sicherheitskritischen Anwendungen entwickelt. Das Projekt adressiert die Herausforderung, sowohl physiologische Parameter als auch Umweltgefahren – darunter schädliche Gase, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Lärm – kontinuierlich zu erfassen und diese heterogenen Daten in handlungsrelevante Informationen zu überführen. Durch die Integration verteilter Sensorik, Edge-Intelligenz, künstlicher Intelligenz und interoperabler Kommunikationstechnologien ermöglicht das Projekt die frühzeitige Erkennung von Gefahrensituationen und unterstützt rechtzeitige Interventionen für Personal, das unter extremen Umgebungsbedingungen arbeitet. IIoTS bringt Expertise in intelligenten IoT-Architekturen, verteilten Sensorsystemen, Edge-Datenverarbeitung und KI-basierter Datenanalyse für die adaptive Gesundheits- und Umweltüberwachung ein. Eine zentrale Innovation des Projekts ist die Entwicklung einer intelligenten Monitoring-Plattform, die Echtzeit-Sensornetzwerke mit personalisierten KI-Modellen kombiniert. Diese können Abweichungen von individuellen Ausgangswerten erkennen und selbstständig Warnmeldungen auslösen. Die daraus entstehende Lösung bietet eine skalierbare und interoperable Plattform für die Gesundheits- und Sicherheitsüberwachung mit Anwendungspotenzial in Notfalleinsätzen, Gesundheitswesen, Industrie, Zivilschutz und zukünftigen Weltraummissionen.
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SpectralRiver – Intelligente Fernerkundung für die grenzüberschreitende Überwachung der Wasserqualität (EU INTERREG) >> hier klicken <<
SpectralRiver ist ein grenzüberschreitendes INTERREG-Forschungsprojekt, das ein intelligentes Umweltmonitoringsystem zur Bewertung der Wasserqualität der Oder mithilfe von Satelliten-, Drohnen- und In-situ-Sensortechnologien entwickelt. Das Projekt adressiert die Herausforderung, ökologische Gefahren wie schädliche Algenblüten zeitnah, umfassend und zuverlässig zu erkennen. Hierzu werden heterogene Beobachtungsdaten in einer einheitlichen Monitoring- und Entscheidungsunterstützungsplattform zusammengeführt. Ausgelöst durch die Umweltkatastrophe in der Oder im Jahr 2022 verfolgt das Projekt das Ziel, den grenzüberschreitenden Umweltschutz durch fortschrittliche Fernerkundung und datengetriebene Monitoring-Ansätze zu stärken. IIoTS bringt Expertise in interoperablen IoT-Plattformen, verteiltem Datenmanagement und intelligenten Informationssystemen ein und erweitert die bestehende SmartRiver-Plattform um Fernerkundungsfunktionen. Das Projekt verbindet die Analyse spektraler Bilddaten mit bodengestützten Messungen und ermöglicht so Multi-Source-Datenfusion, kontinuierliche Umweltüberwachung und eine transparente Berichterstattung über Wasserqualitätsindikatoren. Die entstehende Plattform unterstützt Umweltbehörden durch Frühwarnfunktionen und bietet einen skalierbaren Rahmen für ein resilientes, grenzüberschreitendes Management von Flussökosystemen angesichts der zunehmenden Auswirkungen des Klimawandels.
Gemeinsam verdeutlichen diese Projekte die Expertise von IIoTS über das gesamte Edge-to-Cloud-Kontinuum hinweg – von intelligenten Sensoren und Edge AI bis hin zu interoperablen verteilten Systemen und anwendungsspezifischen cyber-physischen Lösungen. Darüber hinaus beteiligt sich die Gruppe an Standardisierungsaktivitäten (DKE, IEC, CEN/CENELEC).
